RU2206527C2 - Method of cutting friable non-metallic materials (versions) - Google Patents
Method of cutting friable non-metallic materials (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206527C2 RU2206527C2 RU2001122793/03A RU2001122793A RU2206527C2 RU 2206527 C2 RU2206527 C2 RU 2206527C2 RU 2001122793/03 A RU2001122793/03 A RU 2001122793/03A RU 2001122793 A RU2001122793 A RU 2001122793A RU 2206527 C2 RU2206527 C2 RU 2206527C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- notch
- cutting
- elastic waves
- cut
- elastic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам резки хрупких неметаллических материалов и может быть использовано в различных областях производства для высокоточной и высокопроизводительной резки таких материалов, как любой тип стекла, включая кварцевое стекло, различные монокристаллы, например сапфир и кварц, все типы керамики, а также полупроводниковые материалы. The invention relates to methods for cutting brittle non-metallic materials and can be used in various fields of production for high-precision and high-performance cutting of materials such as any type of glass, including quartz glass, various single crystals, for example sapphire and quartz, all types of ceramics, as well as semiconductor materials.
При этом резка может осуществляться как на всю толщину разрезаемого материала, так и на любую задаваемую глубину. Кроме того, возможно в процессе резки по одной линии реза чередование сквозных резов с несквозными резами на заданную глубину. Представляется высокоэффективным использование данного изобретения для сквозной резки стекла толщиной от 0,1 до 20 мм, в том числе в процессе выработки стекла. Кроме того, обеспечивается резка с пересекающимися линиями реза без ухудшения качества резки в точках пересечения. Также обеспечивается резка как однослойных материалов, так и склеенных пакетов, что чрезвычайно важно при резке таких изделий, как плоские дисплейные экраны (FPD), в том числе жидкокристаллические экраны (LCD). Еще одной особенностью настоящего изобретения является возможность сквозной резки как под прямым углом к поверхности материала, так и с наклоном к поверхности разрезаемого материала. Последний прием очень важен при резке дисков или других изделий с замкнутым контуром. At the same time, cutting can be carried out both over the entire thickness of the material being cut, and at any given depth. In addition, during cutting along one cutting line, it is possible to alternate through cuts with non-through cuts to a given depth. It seems highly effective to use the present invention for through cutting of glass with a thickness of 0.1 to 20 mm, including in the process of glass production. In addition, cutting with intersecting cutting lines is ensured without compromising the quality of cutting at the intersection points. It also provides cutting of both single-layer materials and glued bags, which is extremely important when cutting products such as flat panel displays (FPDs), including liquid crystal screens (LCDs). Another feature of the present invention is the ability to cut through both at right angles to the surface of the material, and with an inclination to the surface of the material being cut. The last trick is very important when cutting discs or other products with a closed loop.
Известен способ резки хрупких неметаллических материалов, используемый в установке для лазерной обработки хрупких материалов, включающий нагрев одной из поверхностей листа разрезаемого материала лазерным пучком, обеспечивающий образование разделяющей трещины, а также используется дополнительное механическое воздействие на противоположную поверхность листа (см. Патент РФ 2139779, МКИ В 23 К 26/00, публ. 20.10.99). Однако как в случае применения постоянного механического воздействия на противоположную поверхность материала, так и в сочетании с постукиванием подвижным шариком по поверхности противоположной стороны листа по траектории перемещения лазерного пучка, эти приемы позволяют лишь сократить запаздывание сквозной трещины относительно положения лазерного пучка на поверхности материала, но не позволяют повысить скорость резки. Поэтому такой способ резки не нашел широкого практического применения из-за чрезвычайно низкой производительности. A known method of cutting brittle non-metallic materials used in the installation for laser processing of brittle materials, including heating one of the sheet surfaces of the material to be cut with a laser beam, which ensures the formation of a separating crack, and also uses additional mechanical action on the opposite surface of the sheet (see RF Patent 2139779, MKI B 23 K 26/00, publ. 20.10.99). However, both in the case of applying constant mechanical action on the opposite surface of the material, and in combination with tapping a moving ball on the surface of the opposite side of the sheet along the path of the laser beam, these techniques can only reduce the delay of the through crack relative to the position of the laser beam on the surface of the material, but not allow to increase the cutting speed. Therefore, this method of cutting did not find wide practical application due to extremely low productivity.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ резки стекла, включающий нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность стекла с помощью акустических колебаний, при этом акустические колебания возбуждают параллельно поверхности стекла (см. Авторское свидетельство СССР 996347, МКИ5 С 03 В 33/02, приор. 01.10.80 г.). В данном способе образование сквозной трещины происходит за счет сообщения стеклу акустических колебаний в ультразвуковом диапазоне 2-5 кГц, при этом акустические колебания возбуждают параллельно поверхности стекла после нанесения надреза. Кроме того, для повышения эффективности процесса частоту акустических колебаний выбирают равной частоте собственных колебаний стекла для возникновения резонансной частоты колебаний.Closest to the technical nature of the present invention is a method of cutting glass, comprising applying an incision along the cut line with a cutter and additional exposure to the glass surface using acoustic vibrations, while acoustic vibrations are excited parallel to the glass surface (see USSR Copyright Certificate 996347, MKI 5 С 03 В 33/02, prior 01.10.80). In this method, the formation of a through crack occurs due to the message to the glass of acoustic vibrations in the ultrasonic range of 2-5 kHz, while acoustic vibrations excite parallel to the glass surface after applying the cut. In addition, to increase the efficiency of the process, the frequency of acoustic vibrations is chosen equal to the frequency of natural vibrations of the glass for the appearance of a resonant frequency of vibrations.
Однако данный способ имеет ряд очень существенных недостатков, которые препятствуют его широкому практическому применению в промышленности. Во-первых, для того, чтобы придать всему листу стекла ультразвуковые колебания, способные привести к раскалыванию стекла вдоль нанесенного резцом надреза, требуется провести огромные энергетические затраты. Во-вторых, данный процесс резки очень инерционен, так как состоит из отдельных, разнесенных по времени технологических операций: нанесение надреза, установка в строго заданном месте относительно линии надреза вибратора и его плотная фиксация на поверхности стекла для обеспечения жесткого контакта, включение магнитострикционного или пьезоэлектрического преобразователя. Кроме того, в связи с тем, что после каждого очередного реза изменяются размеры исходной заготовки стекла, необходимо изменять частоту колебаний для получения резонансной частоты колебаний. Это требует предварительных трудоемких расчетов и постоянной корректировки частоты колебаний. В-третьих, плотный контакт вибратора с поверхностью стекла приводит к повреждению поверхности стекла, то есть к появлению царапин и выколок. Это приводит к появлению большого процента брака. However, this method has a number of very significant drawbacks that prevent its wide practical application in industry. Firstly, in order to give the entire sheet of glass ultrasonic vibrations that can lead to glass splitting along the cut made by the cutter, huge energy costs are required. Secondly, this cutting process is very inertial, as it consists of separate, time-separated technological operations: applying an incision, installing it in a strictly specified place relative to the incision line of the vibrator and tightly fixing it on the glass surface to ensure hard contact, turning on magnetostrictive or piezoelectric transducer. In addition, due to the fact that after each subsequent cut, the dimensions of the initial glass blank are changed, it is necessary to change the oscillation frequency to obtain a resonant oscillation frequency. This requires preliminary laborious calculations and constant adjustment of the oscillation frequency. Thirdly, tight contact of the vibrator with the glass surface leads to damage to the glass surface, that is, to the appearance of scratches and punctures. This leads to a large percentage of defects.
В основу настоящего изобретения положена задача повышения производительности и качества резки хрупких неметаллических материалов за счет возможности осуществления сквозной и несквозной резки как в одном, так и в разных технологических циклах при равной скорости резки, за счет обеспечения возможности осуществления пересекающихся резов, а также за счет возможности резки двухслойных пакетов материалов. The present invention is based on the task of increasing the productivity and cutting quality of brittle non-metallic materials due to the possibility of through and through cutting both in one and in different technological cycles at the same cutting speed, by ensuring the possibility of intersecting cuts, as well as due to the possibility cutting two-layer packages of materials.
Поставленная задача решается тем, что в способе резки хрупких неметаллических материалов, включающем нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность материала, отличительным является то, что дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн, при этом упругие волны концентрируют в объеме материала в зоне надреза по линии реза, а амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки. The problem is solved in that in the method of cutting brittle non-metallic materials, including applying an incision along the cut line with a cutter and additional impact on the surface of the material, it is distinctive that the additional impact on the surface of the material is carried out in the area of applying the notch by at least one source of elastic waves, while elastic waves are concentrated in the volume of the material in the notch zone along the cut line, and the amplitude and frequency of the elastic waves are selected from the condition of deepening the notch to the rear hydrochloric depth or cutting through.
Для нанесения надреза в качестве резца используют алмазную пирамиду с режущей гранью, имеющей угол 70-140 угловых градусов. To make an incision, a diamond pyramid with a cutting face having an angle of 70-140 angular degrees is used as a cutter.
Для нанесения надреза можно использовать в качестве резца вращающийся твердосплавный ролик с углом заточки 70-140 угловых градусов. To make an incision, a rotating carbide roller with a sharpening angle of 70-140 angular degrees can be used as a cutter.
В ряде случаев воздействие упругой волны по линии надреза осуществляют после завершения процесса нанесения надреза, то есть углубление надреза или сквозная резка могут осуществляться одновременно с нанесением надреза в одном технологическом цикле, но могут осуществляться и в двух независимых циклах. In some cases, the impact of an elastic wave along the notch line is carried out after completion of the notch application process, that is, the notch deepening or through cutting can be carried out simultaneously with the notch in one technological cycle, but can also be performed in two independent cycles.
В случае необходимости воздействие упругих волн осуществляют только в заданных зонах материала по линии реза. If necessary, the action of elastic waves is carried out only in the specified zones of the material along the cut line.
В ряде случаев линия воздействия источника упругих волн и линия надреза смещены друг относительно друга в плоскости, перпендикулярной поверхности материала. Этот прием обеспечивает получение наклонного реза. In some cases, the line of action of the source of elastic waves and the notch line are shifted relative to each other in a plane perpendicular to the surface of the material. This technique provides an oblique cut.
Иногда концентрируют одновременно две упругие волны со стороны нанесения надреза вслед за резцом по обе стороны относительно линии надреза. Sometimes two elastic waves are simultaneously concentrated on the side of the notch following the cutter on both sides relative to the notch line.
В ряде случаев одновременно концентрируют упругую волну в объеме материала в зоне надреза, воздействуя концентратором упругой волны на противоположную поверхность материала в зоне, расположенной между зон воздействия двух других упругих волн, концентрируемых со стороны надреза. In a number of cases, the elastic wave is simultaneously concentrated in the bulk of the material in the notch zone, acting by the elastic wave concentrator on the opposite surface of the material in the zone located between the zones of influence of two other elastic waves concentrated from the notch side.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
- фиг. 1 - схема углубления надреза в материале на заданную глубину с помощью упругой волны;
- фиг.2 - схема сквозного углубления надреза с помощью упругой волны;
фиг. 3 - схема проведения в одном цикле несквозного и сквозного реза и двух сквозных пересекающихся резов;
фиг. 4 - схема осуществления наклонного реза по отношению к поверхности материала;
- фиг. 5 - схема сквозной резки одной из двух склеенных пластин;
фиг.6 - схема докалывания пластины относительно надреза за счет концентрации двух упругих волн со стороны надреза;
- фиг. 7 - схема сквозной резки с применением механического волновода и концентратора упругой волны, расположенных с противоположной стороны разрезаемого листа;
- фиг.8 - схема сквозной резки с применением трех концентраторов упругих волн: а - вид сбоку; б - вид спереди (сечение);
- фиг. 9 - вариант концентратора упругой волны, воздействующего со стороны надреза.The invention is illustrated by drawings, on which:
- FIG. 1 is a diagram of a notch deepening in a material to a predetermined depth using an elastic wave;
- figure 2 is a diagram of a through recess of the notch using an elastic wave;
FIG. 3 is a diagram of a single through and through cut and two through intersecting cuts in one cycle;
FIG. 4 is a diagram of the implementation of an inclined cut with respect to the surface of the material;
- FIG. 5 is a through cutting diagram of one of two glued plates;
6 is a diagram of the piercing of the plate relative to the notch due to the concentration of two elastic waves from the side of the notch;
- FIG. 7 is a through cutting diagram using a mechanical waveguide and an elastic wave concentrator located on the opposite side of the cut sheet;
- Fig. 8 is a through cutting diagram using three elastic wave concentrators: a is a side view; b - front view (section);
- FIG. 9 is a variant of an elastic wave concentrator acting from a notch side.
Способ резки хрупких неметаллических материалов за счет осуществления надреза с помощью резца и воздействия в зоне надреза упругих волн заключается в следующем. The method of cutting brittle non-metallic materials by making an incision using a cutter and exposure to elastic waves in the incision zone is as follows.
При воздействии на поверхность стекла или другого хрупкого неметаллического материала 1 с помощью резца 2 при их относительном перемещении со скоростью υ в объеме материала наносится надрез 3 глубиной δ (фиг.1). Основным отличием предлагаемого изобретения является концентрация упругой волны 5 с помощью волновода 6 и концентратора 7 в объеме материала 1 в зоне образования надреза 3. When exposed to the surface of glass or other brittle
Следует сразу подчеркнуть, что в этом способе практически отсутствует какое-либо заметное механическое воздействие на поверхность материала, а также в отличие от прототипа нет вибрации материала. При этом в зависимости от условий воздействия упругой волны (амплитуды и частоты колебаний), связанных с основными параметрами нанесения надреза: скоростью и глубиной надреза δ, можно легко осуществить углубленный рез 7 на заданную глубину h (фиг.1). Изменяя параметры процесса, легко получить сквозной рез 8 глубиной Н в материале 1 (фиг.2). It should be immediately emphasized that in this method there is practically no noticeable mechanical effect on the surface of the material, and also, unlike the prototype, there is no vibration of the material. Moreover, depending on the conditions of the elastic wave (amplitude and frequency of oscillations) associated with the main parameters of the notch: the speed and depth of the notch δ, you can easily make an in-
Рассмотрим основные физические принципы образования и распространения упругой волны в твердом упругом теле и условия углубления надреза вплоть до сквозного реза за счет воздействия упругой волны в зоне надреза. Let us consider the basic physical principles of the formation and propagation of an elastic wave in a solid elastic body and the conditions for deepening a notch up to a through cut due to the action of an elastic wave in the notch zone.
При распространении упругой волны в твердом теле возникают механические деформации сжатия (растяжения) и сдвига, которые переносятся волной из одной точки материала в другую. При этом имеет место перенос энергии упругой деформации в объеме твердого тела. В изотропном твердом материале могут распространяться упругие волны двух типов - продольные и сдвиговые. Продольные волны вызывают деформации, представляющие собой комбинацию сжатия (растяжения) и чистого сдвига. В сдвиговых волнах деформация является чистым сдвигом. Упругая волна характеризуется амплитудой и направлением колебаний, переменным механическим напряжением и деформацией, частотой колебаний, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны. Эти параметры следует учитывать для определения оптимальных условий углубления надреза, а именно концентрации упругой волны в объеме материала в зоне надреза. When an elastic wave propagates in a solid, mechanical compression (tension) and shear deformations arise, which are transferred by the wave from one point of the material to another. In this case, the energy of elastic deformation is transferred in the bulk of the solid. Two types of elastic waves can propagate in an isotropic solid material — longitudinal and shear. Longitudinal waves cause deformations, which are a combination of compression (tension) and shear. In shear waves, deformation is a shear. An elastic wave is characterized by the amplitude and direction of oscillations, alternating mechanical stress and deformation, oscillation frequency, wavelength, phase and group velocities, as well as the law of distribution of displacements and stresses along the wave front. These parameters should be taken into account to determine the optimal conditions for the notch deepening, namely, the concentration of the elastic wave in the volume of the material in the notch zone.
Для передачи упругой волны от его источника к зоне надреза можно использовать акустические волноводы. Например, в пластине или стержне, представляющих собой твердые акустические волноводы, могут распространяться волны, представляющие собой комбинации продольных и сдвиговых волн, распространяющихся под острыми углами к оси волновода и удовлетворяющих граничным условиям: отсутствию механических напряжений на поверхности волновода. Волновод может заканчиваться концентратором, обеспечивающим концентрацию упругой волны в определенной зоне объема материала. To transmit an elastic wave from its source to the notch zone, acoustic waveguides can be used. For example, waves that are combinations of longitudinal and shear waves propagating at sharp angles to the axis of the waveguide and satisfying the boundary conditions: the absence of mechanical stresses on the surface of the waveguide can propagate in a plate or rod, which are solid acoustic waveguides. The waveguide can end with a concentrator, providing the concentration of the elastic wave in a certain area of the material volume.
Очень серьезным преимуществом предлагаемого изобретения является возможность воздействия упругой волны только в заданных зонах линии надреза, что позволяет в одном цикле резки чередовать несквозной надрез и сквозной рез. Один из примеров такой резки показан на фиг.3, где в одном цикле начало и завершение резки производят с помощью несквозного надреза 3, то есть без углубляющего воздействия упругой волны, а остальную часть резки осуществляют насквозь с образованием сквозной трещины 8. Во-первых, этот прием позволяет осуществлять сквозные пересекающиеся резы без ухудшения качества резки в местах пересечений и без применения дополнительных насечек в местах пересечений. Во-вторых, это позволяет обеспечивать высокую точность и качество резки, так как до полного завершения резки всей пластины на отдельные элементы она сохраняет свои первоначальные габариты и целостность. A very serious advantage of the invention is the possibility of exposure to an elastic wave only in predetermined areas of the notch line, which allows alternating through and through notches in one cutting cycle. One example of such cutting is shown in FIG. 3, where in one cycle the start and end of cutting is performed using a
Еще одним достоинством предлагаемого способа резки хрупких неметаллических материалов является возможность осуществления сквозного реза под некоторым углом по отношению к плоскости, перпендикулярной поверхности материала. Это может быть обеспечено за счет того, что линия воздействия источника 6 упругих волн и линия воздействия резца 2 смещены относительно плоскости, перпендикулярной поверхности материала 1 (фиг.4). В результате такого смещения линия сквозного реза 9 наклонена под углом φ к направлению, перпендикулярному поверхности материала. Такой способ резки дает очень хорошие результаты при резке дисков или других изделий с замкнутым контуром резки, так как позволяет достаточно легко извлекать вырезанную деталь из общей заготовки. При этом этот уклон может быть настолько мал, что практически не влияет на точность резки. Another advantage of the proposed method for cutting brittle non-metallic materials is the possibility of a through cut at a certain angle with respect to a plane perpendicular to the surface of the material. This can be achieved due to the fact that the line of action of the
Предлагаемый способ резки хрупких неметаллических материалов может быть использован для резки не только однослойных материалов, но и склеенных пластин. На фиг. 5 показана схема резки пластины 1, склеенной с пластиной 10 посредством клеевого соединения 11. В этом случае упругая волна 5 распространяется со стороны пластины 10 и, достигнув зоны надреза 3, углубляет надрез до сквозного реза 8 пластины 1. The proposed method for cutting brittle non-metallic materials can be used for cutting not only single-layer materials, but also glued plates. In FIG. 5 shows a cutting pattern of a
В ряде случаев размещение волновода и концентратора упругой волны с противоположной поверхности материала затруднено или не представляется возможным. Однако можно направлять упругие волны в объем материала и со стороны надреза 3 в пластине 1 (фиг.6). Все зависит от конструкции и типа используемого источника упругой волны. В данном случае одновременно концентрируют с помощью двух волноводов 6 и двух концентраторов 7 две упругие волны со стороны воздействия резца 2 по обе стороны от линии надреза 3 (фиг.6). Дополнительное воздействие двух концентраторов упругой волны по обе стороны от линии надреза создают дополнительные растягивающие объемные напряжения, которые приводят к углублению надреза или к сквозному резу 8. In some cases, the placement of the waveguide and the elastic wave concentrator from the opposite surface of the material is difficult or not possible. However, it is possible to direct elastic waves into the volume of the material and from the
Рассмотрим один из простейших вариантов реализации предлагаемого способа, а именно: углубление надреза 3 или осуществление сквозной резки за счет применения механического волновода 6 и концентратора 7 упругой волны, возникающей под действием механического воздействия ударника 12 (фиг. 7). Механический волновод 6 может быть выполнен, как прямолинейным, так и криволинейным, как показано на фиг.7. Такое исполнение волновода исключает передачу механического удара от ударника 12 непосредственно на поверхность материала 1. В данном случае волновод 6 выполнен в виде изогнутого металлического стержня, заканчивающегося концентратором - конусом с определенным углом у вершины, при этом вершина конуса имеет форму полусферы, что может быть реализовано за счет запрессованного стального шарика. Это обеспечивает точечный контакт концентратора 7 с поверхностью материала 1. Концентратор 7 устанавливается перпендикулярно поверхности материала 1 и расположен строго под линией надреза 3 в зоне его образования. При этом постоянное механическое воздействие концентратора 7 силой P1 на поверхность материала 1 должно быть минимальным и не должно вызывать никаких деформаций материала, а должно обеспечивать лишь контакт концентратора 7 с поверхностью материала 1. Упругая волна в волноводе 6 и концентраторе 7 создается за счет взаимодействия ударника 12 с торцом волновода 6 с силой Р2. При ударе по волноводу 6 в нем образуется упругая волна деформаций, которая распространяется по волноводу 6 и накапливается в концентраторе 7. В точке контакта концентратора 7 с поверхностью материала 1 энергия упругой деформации переносится в объем материала 1 и, достигнув вершины надреза 3, поперечные волны вызывают развитие надреза 3 вглубь материала вплоть до сквозного реза 8.Consider one of the simplest options for implementing the proposed method, namely: deepening the
В ряде случаев эффективной представляется комбинация воздействия волноводов 6 с концентраторами 7 упругой волны одновременно с двух сторон разрезаемого материала 1 (фиг.8а, б). Этот случай наиболее эффективен для сквозной резки толстых листовых материалов. In some cases, it seems effective to combine the effects of the
На фиг. 9 изображен один из вариантов волноводов 6 с концентраторами 7 для воздействия на материал 1 со стороны надреза 3. In FIG. 9 shows one of the options for
Диапазон частот упругих волн, которые могут обеспечить углубление надреза, может быть чрезвычайно широким: от нескольких Гц до высокочастотных колебаний. В качестве источников упругой волны могут быть использованы самые различные варианты. При этом источник упругой волны может быть расположен как со стороны надреза, так и с противоположной поверхности, в зависимости от типа используемого источника упругой волны и конструктивных особенностей используемого оборудования. The frequency range of elastic waves, which can provide a deepening of the notch, can be extremely wide: from a few Hz to high-frequency oscillations. As sources of elastic waves can be used in a variety of options. In this case, the source of the elastic wave can be located both from the notch side and from the opposite surface, depending on the type of source of the elastic wave used and the design features of the equipment used.
Ниже приведены конкретные примеры резки в соответствии с предлагаемым изобретением. The following are specific examples of cutting in accordance with the invention.
Пример 1. В качестве материала для резки использовались пластины из стекла толщиной 0,7 мм. Для нанесения надреза использовался скрайбер, содержащий в качестве режущего инструмента алмазную пирамиду с углом режущей грани 120 угловых градусов. В качестве средства перемещения стекла был использован двухкоординатный стол с ходом 500•400 мм, обеспечивающий скорость перемещения до 500 мм/с. На противоположную поверхность пластины воздействовали источником упругой волны. Для этого в контакт с поверхностью материала напротив зоны воздействия лазерного пучка устанавливался концентратор механической волны, представляющий собой круглый стержень диаметром 5 мм, заканчивающийся конусом, вершина которого заканчивалась полусферой диаметром 1,5 мм. Усилие прижима концентратора к поверхности кварцевого стекла составляло P1=2...4 Г и предназначалось для обеспечения постоянного контакта концентратора и материала во время резки, то есть для отслеживания концентратором микронеровностей поверхности пластины. На торец волновода воздействовали ударником с силой Р2=45 Г и частотой 200 Гц, который формировал упругую волну деформаций в концентраторе. При перемещении образца стекла со скоростью 350 мм/с алмазная пирамида осуществляла надрез в виде царапины глубиной 0,07 мм, а воздействие упругой волны в зоне образования надреза обеспечивало углубление надреза до сквозного реза. При воздействии ударником на торец волновода с силой 25 Г и частотой 250 Гц было обеспечено углубление надреза на глубину 0,5 мм при скорости 350 мм/с.Example 1. As a material for cutting used glass plates with a thickness of 0.7 mm. For scoring, a scriber was used containing a diamond pyramid as a cutting tool with a cutting edge angle of 120 angular degrees. As a means of moving glass, a two-coordinate table with a stroke of 500 • 400 mm was used, providing a speed of movement of up to 500 mm / s. The opposite surface of the plate was affected by an elastic wave source. For this, a mechanical wave concentrator was installed in contact with the surface of the material opposite the laser beam exposure zone, which was a round rod with a diameter of 5 mm, ending with a cone, the top of which ended with a hemisphere with a diameter of 1.5 mm. The clamping force of the concentrator to the surface of the quartz glass was P 1 = 2 ... 4 G and was intended to ensure constant contact between the concentrator and the material during cutting, that is, to monitor the microroughness of the surface of the plate by the concentrator. The waveguide end was impacted by a striker with a force of Р 2 = 45 G and a frequency of 200 Hz, which formed an elastic deformation wave in the concentrator. When the glass sample was moved at a speed of 350 mm / s, the diamond pyramid made an incision in the form of a scratch with a depth of 0.07 mm, and the action of an elastic wave in the zone of formation of the notch provided a deepening of the notch to the through cut. When the impactor impacted the end of the waveguide with a force of 25 G and a frequency of 250 Hz, a notch was deepened to a depth of 0.5 mm at a speed of 350 mm / s.
Пример 2. Производили резку листового стекла толщиной 1,1 мм на диски с наружным диаметром 65 мм и с внутренним диаметром 20 мм. В качестве инструмента для нанесения надреза по заданному контуру использовали твердосплавный ролик диаметром 7 мм и с углом заточки 95 угловых градусов. В качестве источника упругой волны использовали устройство, описанное в предыдущем примере. При этом твердосплавный ролик и концентратор упругой волны смещены друг относительно друга в плоскости, перпендикулярной поверхности материала, на величину 0,025 мм в сторону большего допуска на заданный геометрический размер. Это обеспечивало образование сквозного наклонного реза, в свою очередь обеспечивающего отделение облоя внутренней и наружной части диска без повреждения материала основной рабочей части диска. Example 2. Produced cutting of sheet glass with a thickness of 1.1 mm on disks with an outer diameter of 65 mm and with an inner diameter of 20 mm. A carbide roller with a diameter of 7 mm and a sharpening angle of 95 angular degrees was used as a tool for applying an incision along a given contour. As the source of the elastic wave, the device described in the previous example was used. In this case, the carbide roller and the elastic wave concentrator are displaced relative to each other in the plane perpendicular to the surface of the material, by a value of 0.025 mm towards a larger tolerance for a given geometric size. This ensured the formation of a through inclined cut, which in turn ensures separation of the flake of the inner and outer part of the disk without damaging the material of the main working part of the disk.
Пример 3. Производили резку кварцевого листового стекла толщиной 2,2 мм. В качестве резца для нанесения надреза использовался твердосплавный ролик с углом заточки 115 угловых градусов. Для углубления надреза глубиной 0,15 мм воздействовали со стороны нанесения надреза вслед за роликом одновременно двумя концентраторами упругой волны, расположенными на расстоянии 3 мм друг от друга по обе стороны относительно линии надреза. На торцы волноводов воздействовали ударником с силой 80 Г и частотой 150 Гц. При скорости резки 300 мм/с происходила резка со сквозным докалыванием. Example 3. Cutting quartz sheet glass with a thickness of 2.2 mm A carbide roller with a sharpening angle of 115 angular degrees was used as an incision cutter. To deepen the notch 0.15 mm deep, they acted from the notch side after the roller simultaneously by two elastic wave concentrators located at a distance of 3 mm from each other on both sides relative to the notch line. The ends of the waveguides were impacted by a striker with a force of 80 G and a frequency of 150 Hz. At a cutting speed of 300 mm / s, cutting with through piercing occurred.
Во всех трех вышеприведенных примерах были использованы источники и концентраторы упругих волн деформаций, образующихся за счет механического воздействия ударника на торец волновода. При этом, как уже подчеркивалось выше, не происходит механическое воздействие на поверхность материала со стороны концентратора. В то же время были опробованы и получены положительные результаты при использовании целого ряда других источников упругих волн. Весьма интересным представляется образование упругих волн для углубления надреза в материале за счет нагрева поверхности или объема материала импульсным лазерным излучением. Хоть это и приводит к некоторому удорожанию применяемого оборудования, однако в ряде случаев такой шаг представляется оправданным. In all three of the above examples, sources and concentrators of elastic deformation waves generated due to the mechanical action of the impactor on the end of the waveguide were used. In this case, as already noted above, there is no mechanical effect on the surface of the material from the hub. At the same time, positive results were tested and obtained using a number of other sources of elastic waves. The formation of elastic waves for deepening an incision in the material due to heating of the surface or volume of the material by pulsed laser radiation is very interesting. Although this leads to some increase in the cost of the equipment used, in some cases, this step seems justified.
При этом, поскольку резка осуществляется насквозь и, следовательно, отпадает необходимость в проведении дополнительного разламывания заготовки на вырезанные элементы, то качество и точность полученных деталей значительно возрастают. Moreover, since cutting is carried out through and therefore, there is no need to carry out additional breaking of the workpiece into cut elements, the quality and accuracy of the parts obtained increase significantly.
Claims (8)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001122793/03A RU2206527C2 (en) | 2001-08-15 | 2001-08-15 | Method of cutting friable non-metallic materials (versions) |
| JP2003515462A JP2004536759A (en) | 2001-07-25 | 2002-07-02 | How to cut brittle non-metallic materials |
| KR1020047000952A KR100845391B1 (en) | 2001-07-25 | 2002-07-02 | Cutting method for brittle non-metallic materialstwo variants |
| PCT/RU2002/000318 WO2003010102A1 (en) | 2001-07-25 | 2002-07-02 | Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants) |
| EP02758989A EP1422201A4 (en) | 2001-07-25 | 2002-07-02 | Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants) |
| CNB028143183A CN1223531C (en) | 2001-07-25 | 2002-07-02 | Cutting method for brittle non-metallic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001122793/03A RU2206527C2 (en) | 2001-08-15 | 2001-08-15 | Method of cutting friable non-metallic materials (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001122793A RU2001122793A (en) | 2003-06-20 |
| RU2206527C2 true RU2206527C2 (en) | 2003-06-20 |
Family
ID=29210231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001122793/03A RU2206527C2 (en) | 2001-07-25 | 2001-08-15 | Method of cutting friable non-metallic materials (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2206527C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457186C2 (en) * | 2007-05-10 | 2012-07-27 | Гренцебах Машиненбау Гмбх | Method of laser-induced thermal separation of ceramic or other fragile material |
-
2001
- 2001-08-15 RU RU2001122793/03A patent/RU2206527C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457186C2 (en) * | 2007-05-10 | 2012-07-27 | Гренцебах Машиненбау Гмбх | Method of laser-induced thermal separation of ceramic or other fragile material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2206525C2 (en) | Method of cutting friable non-metallic materials | |
| KR102551442B1 (en) | How to produce wafers with defined oriented crystal lines | |
| CN101193731B (en) | Method for separating glass sheet | |
| EP0245109B1 (en) | Cleaving optical fibres | |
| US4244348A (en) | Process for cleaving crystalline materials | |
| CN101616778B (en) | Impact induced crack propagation in a brittle material | |
| US20020170896A1 (en) | Method and apparatus for cutting a non-metallic substrate using a laser beam | |
| TW201417928A (en) | Cutting of brittle materials with tailored edge shape and roughness | |
| KR100845391B1 (en) | Cutting method for brittle non-metallic materialstwo variants | |
| EP0341942A3 (en) | Cutting brittle materials | |
| JPS62112385A (en) | Selective etching of piezoelectric material | |
| KR100636852B1 (en) | Scribing method and cutting method for glass using mode-locked uv-laser | |
| KR20020047479A (en) | Laser cutting method for non-metallic materials | |
| JPH07164400A (en) | Cutting device for glass board | |
| RU2206527C2 (en) | Method of cutting friable non-metallic materials (versions) | |
| TWI378900B (en) | Method for cutting through plates made of mechanically brittle and non-metallic materials | |
| JP4298072B2 (en) | Cleaving method of hard brittle plate | |
| RU2206526C2 (en) | Method of cutting friable non-metallic materials | |
| RU2206528C2 (en) | Method of cutting friable non-metallic materials (versions) | |
| RU2238918C2 (en) | Method for cutting of frangible non-metallic materials | |
| US20190363017A1 (en) | Die sawing singulation systems and methods | |
| JP3227801B2 (en) | Brittle plate cutting method and apparatus | |
| TW526111B (en) | Cutting method for brittle non metallic materials | |
| SU996347A1 (en) | Method for cutting glass | |
| Chen et al. | Tensile strength and crack tip stress distribution of modified glass in the composite laser beam separation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060816 |